Question

【题目】金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，它与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如下图所示：

(1)元素Ga位于Al的下一周期，写出镓(Ga)的原子结构示意图为____________CO2的电子式为_____________________

(2)下列有关Al、Ga的说法不正确的是______

A.由流程图可知酸性：Al(OH)3＞Ga(OH)3 B.Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3

C.Ga(OH)3可由Ga2O3与水反应得到 D.与酸反应的剧烈程度：Al<Ga

(3)图中涉及到的Al、Na、O三种元素简单离子半径由大到小的顺序_____________

(4)步骤二中不能通入过量的CO2，理由_________________(用离子方程式表示)

(5)工业上通常用电解精炼法提纯镓。某待提纯的粗镓内含Zn、Fe、Cu杂质，以NaOH水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓溶解进入电解质溶液，通过某种离子迁移技术到达阴极，并在阴极放电析出高纯镓。(离子氧化性顺序为：Zn2+<Ga3+<Fe2+)

①下列有关电解精炼说法正确的是_______

A．阳极发生氧化反应，其主要电极反应式：Ga-3e- ═ Ga3+

B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C．在阴极除了析出高纯度的镓之外，还有H2产生

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Fe

②阴极析出高纯度镓的电极反应式__________________________________

(6)氮化镓在电和光的转化方面性能突出，是迄今理论上光电转化效率最高的材料。氮化镓(GaN)的一种制备方法是采用GaCl3与NH3在一定条件下反应，写出该反应的化学方程式__________________

Answer 1

【答案】 A C O2->Na+>Al3+ GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- ) CD GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH- GaCl3+NH3 GaN+3HCl

【解析】

（1）依据Ga在元素周期表的位置分析；CO2分子构型为直线形，碳元素与氧元素之间为碳氧双键；

（2）根据元素周期律、强酸制弱酸作答；

（3）电子层数越多，离子半径越大；电子层数相同时，核电荷数越小，其离子半径越大；

（4）生成氢氧化铝沉淀后过量的二氧化碳还可以与偏镓酸钠反应；

（5）①依据电解精炼金属的原理解答；

②依据电解池的工作原理，阴极得电子生成Ga单质；

（6）根据给定条件，结合元素守恒书写化学方程式。

（1）元素Ga位于Al的下一周期，则位于第四周期IIIA族，其核外电子数为13+18 = 31，所以Ga原子结构示意图为：， CO2的电子式为，故答案为：；；

（2）A. 在NaAlO2和NaGaO2溶液中通入CO2之后生成Al(OH)3，并未生成Ga(OH)3，根据强酸制弱酸的原理可知，酸性：Ga(OH)3＞Al(OH)3，A项错误；

B. 因Al2O3可与盐酸反应生成AlCl3，两者同族，性质相似，所以Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3，B项正确；

C. Al(OH)3不可以由Al2O3与水反应得到，根据元素的相似性可知，Ga(OH)3也不可由Ga2O3与水反应得到，C项错误；

D. 同主族元素，其金属性依次增强，所以与酸反应的剧烈程度依次增大，即Al<Ga，D项正确，

故答案为：AC；

（3）电子层数越多，离子半径越大；电子层数相同时，核电荷数越小，其离子半径越大；Al、Na、O三种元素简单离子半径由大到小的顺序为O2->Na+>Al3+，

故答案为：O2->Na+>Al3+；

（4）若通入过量的CO2，GaO2-会和CO2、H2O反应生成Ga(OH)3沉淀，其离子方程式为：GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- )，

故答案为：GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- )；

（5）①A. 阳极为粗镓，金属失电子发生氧化反应，主要电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+、Ga-3e- ═ Ga3+，A项错误；

B. 电解过程中阳极失电子的有Zn、Ga；阴极析出的是Ga；依据电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等，B项错误；

C. 在开始放电的瞬间，阴极除了析出高纯度的镓之外，溶液中的氢离子也会放电生成氢气，C项正确；

D. 由离子氧化性顺序：Zn2+<Ga3+<Fe2+可知，粗镓中含有的少量Fe、Cu不失电子，沉降到电解池底部形成阳极泥，电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Fe，D项正确；

故答案为CD；

②阴极GaO2-得电子生成Ga，电极反应式为：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-，

故答案为：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-；

（6）氮化镓(GaN)的一种制备方法是采用GaCl3与NH3在一定条件下反应，可以看出元素化合价均未发生变化，则该反应的化学方程式为：GaCl3+NH3 GaN+3HCl，

故答案为：GaCl3+NH3 GaN+3HCl。